2017-2018-1 20155227 《信息安全系统设计基础》 实验五 通讯协议设计

Posted 辜彦霖

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2017-2018-1 20155227 《信息安全系统设计基础》 实验五 通讯协议设计

Linux下OpenSSL的安装与测试

任务要求:在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业
OpenSSL简介

OpenSSL是一个SSL协议的开源实现,采用C语言作为开发语言,具备了跨平台的能力,支持Unix/Linux、Windows、Mac OS等多种平台。

  • OpenSSL整个软件包大概可以分成三个主要的功能部分:
    • 密码算法库(其他两个功能部分SSL协议和应用程序都是基于这个库开发的)
    • SSL协议库(SSL服务器和SSL客户端)
    • 应用程序
实验步骤
  • 前往OpenSSL官网,下载OpenSSL源码,下载压缩包“openssl-master.zip
  • 在Linux下使用unzip openssl-master.zip命令解压
  • 进入源代码目录cd openssl-1.1.0-pre1
  • 使用如下命令进行安装:
$ ./config
$ make
$ make test
$ make install
  • 编写一个测试代码test_openssl.c:
#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>
int main(){
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    return 0;
}
  • 使用gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread命令编译,生成“test_openssl”可执行文件,运行程序,并执行echo $?,结果打印0,测试结果表明安装成功。

  • 其中编译命令中:-L指定链接库的文件夹地址;-lcrypto导入OpenSSL所需包;-ldl加载动态库;-lpthread链接POSIX thread库

出现的问题及解决方案
  • 问题1:编译时出现openssl/evpp.h:错误提示

  • 原因是在运行make install命令时没有使用root权限,在运行命令时加上sudo后,重新编译即可

  • 问题2:编译时出现test_openssl.c:(.text+0xf):对‘OPENSSL_init_crypto’未定义的引用报错

  • 解决方案:参考狄惟佳同学的博客,将“openssl-master”文件夹下的“libcrypto.a”和“libssl.a”放在/usr/local/ssl/lib目录下(注意使用sudo权限),注意链接的顺序。

作业
  1. 两人一组
  2. 基于Socket实现TCP通信,一人实现服务器,一人实现客户端
  3. 研究OpenSSL算法,测试对称算法中的AES,非对称算法中的RSA,Hash算法中的MD5
  4. 选用合适的算法,基于混合密码系统实现对TCP通信进行机密性、完整性保护。
  5. 学有余力者,对系统进行安全性分析和改进。
  • 基于Socket实现tcp通信
函数
  • socket():建立一个socket连接,可指定socket类型等信息。在建立socket连接之后,可对sockaddr或sockaddr_in结构进行初始化,以保存所建立的socket地址信息。

  • bind():将本地IP地址绑定到端口号,若绑定其他IP地址则不能成功

  • listen():在服务端程序成功建立套接字和与地址进行绑定之后,用listen()函数来创建一个等待队列,在其中存放未处理的客户端连接请求

  • connect():在TCP中是用于bind()的之后的客户端,用于与服务器端建立连接

  • accept():创建等待队列之后,调用此函数等待并接收客户端的连接请求

  • read()/write()

  • send()/recv()

  • close():完成了写操作后关闭相应的socket描述字

  • 服务器代码

  • 客户端代码

  • 使用对称加密指令作为enc指令的参数调用对称加密指令

  • AES

  • 利用RSA对hello文件进行加密

/*生成RSA密钥*/

openssl genrsa -des3 -passout pass:123456 -out RSA.pem 



/*提取公钥*/
 openssl rsa -in RSA.pem -passin pass:123456 -pubout -out pub.pem 



/*使用RSA作为密钥进行加密,实际上使用其中的公钥进行加密*/

 openssl rsautl -encrypt -in plain.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out enc.txt

/*使用RSA作为密钥进行解密,实际上使用其中的私钥进行解密*/

 openssl rsautl -decrypt -in enc.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out replain.txt

/*比较原始文件和解密后文件*/

 diff plain.txt replain.txt 

/*使用公钥进行加密*/

 openssl rsautl -encrypt -in plain.txt -inkey pub.pem -pubin -out enc1.txt

/*使用RSA作为密钥进行解密,实际上使用其中的私钥进行解密*/

 openssl rsautl -decrypt -in enc1.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out replain1.txt

/*比较原始文件和解密后文件*/

 diff plain.txt replain1.txt


  • MD5

混合密码系统

任务要求:在Ubuntu中实现对实验二中的“wc服务器”通过混合密码系统进行防护
OpenSSL函数
  • 头文件:
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
  • OpenSSL初始化:int SSL_library_int(void);
  • 选择会话协议:目前能够使用的协议包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3,客户端和服务器必须使用相互兼容的协议
  • 创建会话环境:(CTX)使用不同的协议会话,其环境也不一样的。
  • 申请SSL会话环境的OpenSSL函数是:
SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);
  • 制定证书验证方式的函数是:
int SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx,int mode,int(*verify_callback),int(X509_STORE_CTX *));
  • 为SSL会话环境加载CA证书的函数是:
SSL_CTX_load_verify_location(SSL_CTX *ctx,const char *Cafile,const char *Capath);
  • 为SSL会话加载用户证书的函数是:
SSL_CTX_use_certificate_file(SSL_CTX *ctx, const char *file,int type);
  • 为SSL会话加载用户私钥的函数是:
SSL_CTX_use_PrivateKey_file(SSL_CTX *ctx,const char* file,int type);
  • 验证私钥和证书是否相符:
int SSL_CTX_check_private_key(SSL_CTX *ctx);
  • 建立SSL套接字
SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);//申请一个SSL套接字

int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)//绑定读写套接字

int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只读套接字

int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只写套接字
  • 完成SSL握手

  • 进行数据传输

  • 结束SSL通信

int SSL_shutdown(SSL *ssl);//关闭SSL套接字
void SSl_free(SSL *ssl);//释放SSL套接字
void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx); //释放SSL会话环境
实验步骤
  • 编译server.c
gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
  • 编译telent.c
gcc -o telent telent.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
  • 生产私钥和证书
openssl genrsa -out privkey.pem 1024
openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095
  • 运行
./server 5227 1 CAcert.pem privkey.pem
./telent 127.0.0.1 5227

码云链接

实验体会

本次实验让我对OpenSSL的使用有了更为深入的了解。

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